アンチの実装

Jul 10, 2023

親ネジとステッピング モーターを統合することは、正確な直線運動を実現するためのシンプルでコスト効率の高い方法です。 しかし、その精度を達成するには、回転防止ガイドが必要であり、ユーザーが外部から追加するか、メーカーが設計する必要があります。 どのオプションが自分にとって理にかなっているかを判断するには、ガイダンス システムの必要性を分析し、各アプローチの長所と短所を比較検討する必要があります。

従来の電動送りねじ (MLS) の主なコンポーネントは、ステッピング モーター、送りねじ、およびさまざまな方法で負荷に接続するナットです。 モーターが送りねじを回転させると、ナットと接続された負荷が前方または後方に移動して、用途に必要な位置を達成する必要があります。 しかし、ナットが固定されていない場合、ナットはネジと一緒に回転し、軸を横切る動きは発生しません。

この問題を防ぐためにナットを安定させるには、主に 2 つのアプローチがあります。 1 つは外部の指導システムを自分で構築することです。 もう 1 つは、アクチュエータ メーカーの設計でナットが固定されているシステムを購入することです。

すでに電動リニア アクチュエータ (MLA) を利用していて、技術的な知識とリソースがある場合は、回転防止アセンブリを自分で設計して追加できます。 アプリケーションのストローク長が 2.5 インチより長く、荷重が 200 lbf より大きく、速度が 20 インチ/秒より速い場合は、外部システムが最良の選択となる可能性があります。 独自のガイダンス システムを構築することは、時間がかかり、ある程度のリスクを伴うプロセスになる可能性があります。

おそらく、外部誘導戦略と内部誘導戦略を選択する際に最も重要な要素は、外部構造に利用できるスペースの量です。 外部アプローチの一般的なアプローチには、プロファイル レール、リニア レール、またはナットに取り付けられてナットの動きを正確にガイドするその他の固定アセンブリを組み合わせたものが含まれます (図 1)。 次に、設計に応じて、部品表にはファスナー、カップリング、その他のコンポーネントが含まれます。 システムの取り付け方法、負荷の取り付け方法、位置合わせの確認方法も重要な成功要因です。

上記の問題に正しく対処できれば、独自のガイダンス システムを構築すると、システムをアプリケーションにマッピングする際の柔軟性がさらに高まり、特に時間と長期のメンテナンスを考慮に入れていない場合、コンポーネントのコストが少し安くなる可能性があります。ただし、小規模なアプリケーションの場合は、設計時間やその他の項目を含む設置の総コストが低くなることが多いため、メーカーが回転防止ガイドを組み込んだ方がほとんどの場合有利です。

図 2 は、ガイダンス システムが組み込まれたアクチュエータを使用したピペッティング システムを示しています。 すべてのガイダンス技術をアクチュエータに組み込むことで、システムがよりシンプルになります。 ほとんどのメーカーは、送りネジのシャフトをカバー チューブで囲むことで必要なガイドを実現しています。これにより、ナットの回転を防ぎ、ナットがスムーズに前後に移動できるようになります。

一部のステッピング モーター リニア アクチュエーターでは、カバー チューブがアルミニウムでできており、モーターに取り付けられており、安定した面にしっかりと取り付けられています (図 3)。 チューブ内に成形されたスプラインがナットを捉えて回転を防ぎ、リードスクリュー全体での直線運動の変換を可能にします。 ナットは、従来のアクチュエータと同様に、負荷に接続するステンレス鋼の延長チューブに取り付けられており、負荷を前後に動かします。

本質的に回転防止機能を備えたステッピング モーター リニア アクチュエーターを購入すると、自分で組み立てるのにかかる時間、コスト、メンテナンスが不要になります。 また、処理しなければならない部品表と、アクチュエータの所有および運用にかかる長期的なコストも削減されます。 また、工場で調整されており、継続的な信頼性の高いパフォーマンスに貢献します。

ストロークが比較的短い多くの高精度アプリケーションでは、このアプローチの利点が得られます。 図示のピペッティングアプリケーションのような、垂直位置からのプローブによる化学薬品の分注を伴うアプリケーションに加えて、他の例としては、精密比例バルブ制御、顕微鏡スライドステージ調整、コンピュータモニターの傾斜などが挙げられます。

一般に、ステッピング モーター リニア アクチュエータは、標準ステッピング モーター サイズ (NEMA 8、11、14、17、および 23 モーター フレーム サイズ)、シングルまたはダブル スタックで利用可能で、さまざまなモーター巻線オプションと 0.063 ～ 0.063 ～ステップあたりの直線移動量は 7.5 μin。 利用可能な製品は、ラジアル荷重とモーメント荷重を処理する能力、他のデバイスを統合する機能、回転部品の可視性、取り付けオプション、カスタマイズ機能が異なる場合があるため、購入する前にこれらの分野のニーズを考慮することが賢明です。

ラジアル荷重およびモーメント荷重の処理。関連するアプリケーションのほとんどにはアキシアル荷重が関係しますが、適切に取り付けられたシステムでは、アキシアル荷重の 5 ～ 10 パーセントのラジアル荷重またはモーメント荷重を達成できるはずです。 アプリケーションでラジアル荷重およびモーメント荷重の処理が必要な場合は、「横荷重」に対するこの機能を提供する統合ブッシングまたはその他の機能を備えたアクチュエーターを探してください。

外部デバイスの統合。制御を向上させ、メンテナンスコストを削減するために、複数のデバイスを統合する傾向は確かにあります。 たとえば、ステッピング モーターの背面にリニア エンコーダーを取り付けることが望ましい場合があります。 このオプションを開いたままにするには、ネジがモーターの背面から突き出ているアセンブリは避けてください。

取り付け。既存のモーターを交換する場合は、NEMA 標準のボルト穴パターンを持つモーターを購入することで、手間を省くことができます。 穴の位置はいつでもカスタマイズできますが、NEMA 標準から始めると、初回購入時および将来にわたるトラブルを避けることができます。

カスタマイズ。ボルト穴パターンのカスタマイズに加えて、カスタマイズ オプションには端部の加工、配線、ケーブル配線、コネクタが含まれます。

社内に熟練したリソースがある場合は、統合電動親ねじアクチュエータ用に独自の回転防止ガイドを構築すると、短期的にはコスト面での利点が得られる可能性があります。 ただし、統合型ステッピング モーター リニア アクチュエータを購入すると、生産をより迅速に開始でき、より正確で信頼性の高い動作が提供されると同時に、長期にわたるメンテナンスと総所有コストが削減されます。

この記事は、イリノイ州ウッド デールにある Thomson Industries の設計エンジニア、Julian Anton によって書かれました。 詳細については、ここをクリックしてください。

この記事は、Motion Design Magazine の 2019 年 2 月号に初めて掲載されました。

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